KAUST 研究人员表明，通过对膜内孔径和均匀性进行前所未有的控制，离子筛分聚合物膜可以以极高的精度运行。生物神经系统的工作原理是通过细胞膜选择性传输称为离子的带电粒子。如果制造的膜能够实现类似的离子选择性，它可以改变许多技术，包括水净化、矿物提取和能量存储。

“通过聚合物膜实现亚纳米级的精确离子分离非常具有挑战性，”化学工程师赖志平说。

当原子或分子失去或获得电子时形成离子，因此获得正电荷或负电荷。源自单个原子的那些，例如钠 (Na + )、锂 (Li + ) 或氯 (Cl - ) 离子，其直径小于 1 纳米(10 -9米)。研究人员使用已知大小的离子进行模拟研究，这有助于确定合适的单体，这些单体可以作为连接到共轭微孔聚合物 (CMP) 膜结构所需的分子单元。

然后他们使用一种称为电聚合的过程来制造聚合物膜。该过程使用循环电流来控制 1,3,5-三(N-咔唑基)苯单体分子连接在一起时形成的精确结构。

“由于膜结构不对称，确定由此产生的孔径和孔隙率水平具有挑战性，”赖说，并补充说，“为了克服这个问题，我们必须制作数百个样品。”

孔隙的微小尺寸和性质使他们无法使用许多常见的结构测定方法进行分析，但在气体物理吸附中找到了解决方案，该方法研究材料与气体的相互作用。

在使用含有一系列离子的溶液的测试中，证明该膜具有优于几乎所有其他报道的膜的选择性离子筛分性能。

“这表明我们的创新聚合物膜在许多与能源和环境相关的离子分离过程中具有巨大潜力，”Zongyao Zhou 说。从海水中去除离子以生产可饮用的水是一种明显的可能性。可充电电池和其他能量存储系统也依赖于控制离子的运动。

周说，该团队的下一个目标是探索薄膜在各种创新化学传感器中的应用潜力。许多对环境或医学感兴趣的化学品由离子组成。选择性地允许感兴趣的离子通过膜的膜可用于新一代更精确和灵活的传感器技术。